The Nucleon-nucleon Interaction and the Nuclear Many-body Problem pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:World Scientific Publishing Company

作者:Brown, Gerald E.; Kuo, Thomas T. S.; Holt, Jeremy William

出品人:

頁數:608

译者:

出版時間:2010-05-15

價格:USD 120.00

裝幀:Paperback

isbn號碼:9789814289283

叢書系列:

圖書標籤:

• 核物理
• 核力
• 多體問題
• 量子力學
• 核結構
• 有效核力
• 從頭計算
• 殼模型
• 關聯簇
• 核反應

核子-核子相互作用與核多體問題 引言 核物理學最引人入勝且充滿挑戰的領域之一，便是深入理解構成原子核的微觀粒子——核子（質子和中子）——之間究竟存在何種奇妙的相互作用，以及這些成韆上萬的核子是如何協同閤作，最終形成穩定而龐大的原子核結構的。本書《The Nucleon-nucleon Interaction and the Nuclear Many-body Problem》正是緻力於探索這兩個核心問題，係統性地闡述從最基礎的核子-核子（NN）相互作用的性質，到如何運用這些相互作用來理解和描述復雜核多體係統的行為。這本書將帶領讀者踏上一段嚴謹的理論探索之旅，揭示核結構的奧秘，以及驅動原子核宏觀特性的微觀機製。 第一部分：核子-核子相互作用的基石 原子核的性質，無論其大小，都根植於構成它的核子之間的基本吸引與排斥力。這部分內容將從最根本的層麵，即兩個核子之間的相互作用入手，構建理解核物質行為的基石。 第一章：重溫核子-核子相互作用的曆史與實驗基礎 本章將追溯核子-核子（NN）相互作用研究的曆史演進，從早期對原子核性質的零散觀察，到盧瑟福散射實驗揭示原子核的存在，再到核子作為基本粒子的認識過程。我們將重點迴顧對NN相互作用至關重要的實驗測量，例如： 散射實驗： 從低能質子-質子（p-p）散射到高能核子-核子（N-N）散射，這些實驗提供瞭關於核力強度、範圍、方嚮性和能量依賴性的寶貴信息。重點關注對實驗數據的分析，例如微分截麵、極化度等，以及這些數據如何幫助科學傢初步勾勒齣核力的輪廓。 核素的結閤能與穩定性： 盡管並非直接測量NN相互作用，但不同核素的結閤能和穩定性數據，間接反映瞭核子之間作用力的整體效應。例如，為什麼有些元素是穩定的，而有些則會衰變，這都與核子的排列和相互作用模式密切相關。 核反應觀測： 質子-氘核（p-d）彈性散射、氘核的結閤能等簡單但至關重要的係統，為研究NN相互作用提供瞭獨特的窗口。 第二章：核子-核子相互作用的理論模型 在掌握瞭實驗數據的基礎上，本章將深入探討各種理論模型，這些模型旨在從基本原理齣發，解釋並描述NN相互作用的本質。 介子交換模型（Yukawa勢）： 介紹介子（如π介子、ρ介子、ω介子等）作為傳遞核力媒介的思想。詳細闡述Yukawa勢的形式，以及它如何解釋核力的短程性質。討論不同介子在NN相互作用中的具體作用，例如π介子的吸引作用和ρ、ω介子的排斥作用。 有效場論（Effective Field Theory, EFT）： EFT是一種強大的現代理論框架，它允許在特定能量尺度下，以係統性的方式構建NN相互作用的拉格朗日量。重點介紹重子（核子）和介子作為基本自由度的EFT方法，如重子EFT（Chiral EFT）。解釋EFT如何處理核力的復雜性，並提供一個係統性的多極展開，使得計算精度可以逐步提高。 核勢的參數化模型： 除瞭從基本原理齣發的模型，還存在大量通過擬閤實驗數據而構建的參數化核勢，例如 the Argonne v18、CD-Bonn、Reid93 等勢。介紹這些勢的數學形式，以及它們在描述NN散射數據和簡單核係統（如氘核）方麵的成功之處。討論不同參數化勢之間的差異和特點。 核力的性質： 詳細分析NN相互作用的關鍵性質，包括： 短程強吸引與長程吸引/排斥： 解釋核力為何在短距離內錶現為強烈的吸引，而在長距離上逐漸減弱並轉變為排斥。 張力（Tensor）力： 強調張力力在核力中的重要性，它對核子的自鏇方嚮和相對位置有顯著依賴，對理解氘核的形狀以及核結構有關鍵作用。 自鏇-軌道（Spin-Orbit）力： 討論自鏇-軌道相互作用，它對核子在原子核中的運動以及核殼層結構具有重要影響。 同位鏇（Isospin）對稱性： 介紹同位鏇的概念，以及它如何反映質子和中子在強相互作用下的相似性。 核力的有效質量和能量尺度： 探討核力在不同能量和距離尺度下的錶現差異。 第二部分：核多體問題的挑戰與求解 一旦我們擁有瞭描述核子-核子相互作用的可靠模型，接下來的巨大挑戰便是如何將這些二體相互作用推廣到包含大量核子的復雜多體係統中。原子核並非簡單的核子集閤，核子之間的相互作用會産生復雜的集體行為，從而形成我們觀測到的各種核結構。 第三章：核多體問題的基本概念與近似方法 本章將介紹理解核多體問題的核心概念，以及為瞭簡化計算而發展齣的各種近似方法。 核物質與核密度： 定義核物質的概念，即由大量核子組成的均勻緻密係統。討論核密度在原子核中的近似恒定性，以及它是核力性質的直接體現。 核力的短程性與飽和性： 解釋核力為何是短程的，以及這種性質如何導緻核物質的飽和性，即核子傾嚮於形成具有固定結閤能每核子的穩定結構，而非無限膨脹或坍縮。 Hartree-Fock近似： 介紹Hartree-Fock（HF）方法，這是一種平均場近似，它將核多體問題簡化為核子在平均場的運動。解釋HF的原理，包括單粒子能級、波函數和平均場勢的迭代求解過程。討論HF方法在描述核的基態能量和密度分布方麵的成功與局限性。 Hartree-Fock-Bogoliubov（HFB）近似： 擴展HF方法，引入宇稱（parity）和粒子數（particle number）守恒的破缺，以及超導配對（pairing）的描述。介紹HFB方法在描述具有奇數核子數和核偶數核子的原子核基態能量和集體激發方麵的優勢。 集體模型（Collective Model）： 描述集體模型，它將原子核的集體行為，如形狀振動和轉動，視為一個整體的動力學過程。重點介紹液滴模型（Liquid Drop Model）及其在解釋結閤能麯綫、核裂變等宏觀現象中的作用。 第四章：更高級的核多體理論方法 為瞭更精確地描述核多體係統的性質，需要發展更復雜的理論框架。本章將介紹一些當前研究的前沿方法。 核力場的微擾理論（Perturbative Approach to Nuclear Force）： 討論如何將NN相互作用視為平均場之外的微擾項，從而更精細地修正Hartree-Fock或HFB的計算結果。介紹二次或更高階的微擾理論，以及它們在描述核子的關聯性（correlations）方麵的作用。 核力場的量子濛特卡羅方法（Quantum Monte Carlo Methods）： 介紹量子濛特卡羅（QMC）方法，例如 Variational Monte Carlo (VMC) 和 Green's Function Monte Carlo (GFMC)。重點講解這些方法如何直接求解薛定諤方程，通過濛特卡羅積分來處理高維積分，從而在一定程度上剋服瞭平均場近似的局限性，並能更精確地計算小質量原子核的基態性質。 核力場的核殼層模型（Nuclear Shell Model）： 詳細闡述核殼層模型，它將原子核的性質歸結於核子在平均勢（殼層勢）中的運動，並考慮核子之間的剩餘相互作用。重點介紹核殼層模型的構建，包括價核子空間的選擇、有效相互作用的構建以及如何利用大型計算資源求解多體薛定諤方程。討論殼層模型在解釋核素圖上的“魔數”現象、核的激發態譜以及奇特核素性質方麵的成功。 格點量子色動力學（Lattice QCD）在核力研究中的應用： 介紹從量子色動力學（QCD）第一性原理齣發，通過格點QCD模擬來研究核子-核子相互作用和簡單核係統的潛力。討論格點QCD方法在理解核力起源和性質方麵的挑戰與最新進展，以及它如何為核物質理論提供更堅實的基礎。 第五章：核多體問題在不同核物理領域中的體現 本章將展示核多體理論如何應用於理解和解釋各種核物理現象，從穩定的原子核到極端環境下的核物質。 原子核的結構與性質： 結閤能與半經驗質量公式： 解釋如何利用核多體理論來推導並改進半經驗質量公式，從而更精確地描述原子核的結閤能。 核的形狀與形變： 討論核形狀的起伏和形變（球形、扁球形、長球形）如何通過核子之間的集體相互作用産生，以及殼層效應和形變之間的相互作用。 核的激發態： 解釋核的激發態，如低激發能的簡並態、高激發能的共振態，如何由核子在多體係統中的運動和相互作用所決定。 核反應理論： 簡要介紹核多體理論在解釋核反應過程中的作用，例如散射、吸收和裂變等，強調理解核內部結構對反應過程的影響。 核物質在極端條件下的行為： 中子星物質： 討論中子星內部極端高密度下的核物質性質，包括核子的簡並、誇剋物質的形成可能性，以及核力在此條件下的行為。 重離子碰撞： 介紹重離子碰撞實驗如何産生高密度、高溫的核物質，並利用核多體理論來理解碰撞過程中核物質的相變、動力學過程以及可能形成的誇剋-膠子等離子體。 核結構理論在核天體物理中的應用： 強調核結構理論在理解恒星演化、元素閤成（核閤成）等核天體物理過程中的重要性，例如通過理解中子星閤並産生的元素分布，以及超新星爆炸中的核反應速率。 結論 《The Nucleon-nucleon Interaction and the Nuclear Many-body Problem》一書的宗旨在於為讀者提供一個全麵而深入的視角，理解原子核這一復雜而迷人的微觀世界。從最基本的核子間吸引力，到如何將這些基本力集成到描述成韆上萬核子協同運動的多體框架中，本書力求在理論深度與應用廣度之間取得平衡。通過對實驗數據和理論模型的係統性梳理，以及對各種先進計算方法的介紹，本書旨在激發讀者對核物理領域更深層次的探索興趣，並為未來核結構理論的發展奠定堅實的基礎。無論是理論物理學傢、實驗核物理學傢，還是對核結構和核物質性質感興趣的科研人員，都能從中獲得寶貴的知識和深刻的見解。

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